基于CAN總線的嵌入式控制器串行通訊的應(yīng)用
1 引言
CAN是國際上應(yīng)用很廣泛的一種現(xiàn)場總線,MCS96 系列單片機(jī)是目前在工業(yè)界推廣應(yīng)用較廣泛的嵌入式控制器,其87C196CA 單片機(jī)內(nèi)核本身帶有CAN 控制器,支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的信息幀,即遵循CAN2.0A 和CAN2.0B 協(xié)議。由此而構(gòu)成的CAN 總線支持分布式控制和實(shí)時控制,其串行通信方式靈活可靠,傳輸距離較遠(yuǎn)。由于CAN 總線具有通信速率高、工作可靠性高、現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)連接方便和性能價格比高等優(yōu)點(diǎn),在汽車發(fā)動機(jī)控制部件、汽車抗滑系統(tǒng)、工業(yè)自動化、機(jī)床、電梯控制等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。
2 硬件構(gòu)成
2. 1 CAN 總線連接
基于CAN 總線的兩個87C196 單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接時,分別將單片機(jī)的CAN接收、發(fā)送兩根線通過PCA82C250 CAN總線收發(fā)器聯(lián)接到CAN總線上,構(gòu)成多微控制器CAN總線連接。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖,其總線連接如圖1 所示。
圖1 CAN 總線連接
該網(wǎng)絡(luò)最高通信速率為1Mbit/s ,當(dāng)傳輸速率為5Kbit/s時,最大通信距離可達(dá)10Km。在其CAN 總線上可掛接多達(dá)110 個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),而網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。其數(shù)據(jù)傳輸和接收可以是點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)或全局廣播等方式進(jìn)行。
2. 2 87C196CA 單片機(jī)
87C196CA 是集成CAN2.0B總線控制器的高性能16 位微處理器,特別適用于現(xiàn)場實(shí)時事件控制和分布式控制。片內(nèi)的CAN 控制器與Intel 82527獨(dú)立CAN 控制器在軟件上是兼容的,每個CAN 控制器的輸入、輸出引腳由二根雙絞線聯(lián)接到CAN總線上。CAN 控制器由一個輸入引腳(RXCAN) 、一個輸出引腳( TXCAN) 、控制和狀態(tài)寄存器,錯誤探測和管理邏輯組成。圖2 為CAN 控制器方框圖。
圖2 CAN 控制器方框圖
2. 3 CAN總線收發(fā)器
PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口,是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。它對總線提供差動發(fā)送能力,并對CAN控制器提供差動接收能力,其最高傳輸速率可達(dá)1Mbit/s。其主要特點(diǎn)是芯片內(nèi)部具有限流電路,可以防止輸出級對電源、地或負(fù)載短路;由于采用差動接收發(fā)方式,因此有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力;具有低電流節(jié)電待機(jī)工作模式;該CAN總線收發(fā)器至少可以連接110個節(jié)點(diǎn)。利用PCA82C250還可以方便地在CAN控制器與驅(qū)動器之間建立光電隔離,以實(shí)現(xiàn)總線上各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。
3 通訊軟件
對于通過CAN 總線連接的單片機(jī)之間的通訊軟件編程需要定義一系列的控制字,并在兩個單片機(jī)上進(jìn)行配置。即首先進(jìn)行上電初始化,定義CAN控制寄存器,定義位定時寄存器選擇CAN 的通訊速率,定義信息體屏蔽寄存器選擇接收對象。其次對信息體進(jìn)行初始化,分別定義兩個信息體工作模式、發(fā)送字節(jié)數(shù)、選擇CAN2.0A 或CAN2.0B 方式。其程序代碼：
/ ＊CAN 控制器初始化＊/
can_cON = 0x41 ; / ＊CAN 控制器CCE 位置1 ,
則可以定義CAN 定器＊ /
can_ btime0 = 0x41 ; /＊ 定義CAN 定時器為
250 Kb/ s ＊ /
can_btime1 = 0x67 ;
can_con = 01 ; / ＊允許對CAN 控制器進(jìn)行軟
件初始化＊ /
can_sgmsk= 0x0 ; / ＊ 定義標(biāo)準(zhǔn)CAN 通訊格
式的屏蔽控制字,所有位都不濾紙＊/
can_msg1con0 = 0x55 ; / ＊ 信息體1 控制器0
初始化＊ /
can_msg1con1 = 0x55 ; / ＊ 信息體1 控制器1
初始化＊ /
can_msg1cfg = 0x88 ; / ＊定義信息體1 為發(fā)
送,發(fā)送8 字節(jié),標(biāo)準(zhǔn)CAN 格式＊ /
can_msg1id = 0xc8c8c8c8 ; / ＊ 信息體1 標(biāo)識
寄存器初始化標(biāo)識符為c8c8c8c8 ;
can_ msg1con0 = ox95 ; / ＊ 信息體1 控制器
0MSGVAL 位置1 ,標(biāo)明信息體1 有效＊ /
can_msg2con0 = 0x55 ; / ＊ 信息體2 控制器0
初始化＊ /
can_msg2con1 = 0x55 ; / ＊信息體2 控制器1
初始化＊ /
can_msg2cfg = 0x80 ; / ＊定義信息體2 為接
收,接收8 字節(jié),標(biāo)準(zhǔn)CAN 格式＊ /
can_msg2id = 0xc8c8c8c8 ; / ＊信息體2 標(biāo)識
寄存器初始化標(biāo)識符為c8c8c8c8 ＊/
can_ msg2con0 = ox95 ; / ＊ 信息體2 控制器
0MSGVAL 位置1 ,標(biāo)明信息體2 有效 ＊/
can_con = 0x02 ; / ＊ CAN 控制器軟件初始化
完成＊/
/ ＊發(fā)送8 字節(jié)數(shù)據(jù): ＊ /
CAN_msg1con1 = 0x5a ; / ＊ CPUUPD 置1 ,使
軟件刷新數(shù)據(jù),NEWDA T 置1 使信息置1 使信息
體有效＊ /
can_msg1data0 = 0x00 ; / ＊ 給信息體1 第1 個
數(shù)據(jù)賦值＊ /
can_msg1data1 = 0x11 ; / ＊ 給信息體1 第2 個
數(shù)據(jù)賦值3＊/
can_msg1data2 = 0x22 ; / ＊ 給信息體1 第3 個
數(shù)據(jù)賦值 ＊/
can_msg1data3 = ox33 ; / ＊ 給信息體1 第4 個
數(shù)據(jù)賦值＊ /
can_msg1data4 = 0x44 ; / ＊ 給信息體1 第5 個
數(shù)據(jù)賦值＊ /
can_msg1data5 = 0x55 ; / ＊ 給信息體1 第6 個
數(shù)據(jù)賦值＊ /
can_msg1data6 = 0x66 ; / ＊ 給信息體1 第7 個
數(shù)據(jù)賦值＊/
can_msg1data7 = ox77 ; / ＊給信息體1 第8 個
數(shù)據(jù)賦值＊/
/ ＊接收8 字節(jié)數(shù)據(jù): ＊/
can_msg2cfg = 0x80 ;
can_msg2id = oxc8c8c8c8 ;
can_msg2con1 = 0x55 ;
can_msg2con0 = 0x99 ;
4 結(jié)束語
基于CAN 總線的16 位87C196CA單片機(jī)串行通訊,由于運(yùn)用CAN 總線技術(shù),使電路設(shè)計(jì)簡化、緊湊、極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時性,系統(tǒng)抗干擾性能強(qiáng),成本較低,性能安裝比高、安裝維護(hù)簡潔方便,更適于車輛控制、工廠自動化控制、電梯控制、醫(yī)療設(shè)備等,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
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